Hiện tượng cảm ứng điện từ là gì? Ứng dụng?

Hiện tượng cảm ứng điện từ

Hiện tượng cảm ứng điện từ là gì?

Từ thông là gì?

Từ thông (được ký hiệu Φ) là tổng số đường sức từ đi qua một bề mặt kín. Từ thông lúc đi qua một dung tích S bằng số đường sức từ đi qua dung tích S được đặt vuông góc với những đường sức từ. Từ thông với công thức tính như sau:

Φ = bloghong.com(α)

Trong đó:

  • Φ là từ thông, với đơn vị là Wb
  • B là từ trường (T)
  • S là điện tích bề mặt (m2)
  • α là góc giữa 2 vectơ B và n ( n là vectơ pháp tuyến của mặt phẳng S)

hien tuong cam ung dien tu 1

Hiện tượng cảm ứng điện từ là gì?

Hiện tượng cảm ứng điện từ là hiện tượng xảy ra lúc từ thông qua mạch kín biến thiên ( tăng hoặc giảm) từ đó sinh ra dòng điện. Dòng điện này với tên gọi là dòng điện cảm ứng.

Những định luật của cảm ứng điện từ

Định luật cơ bản

Nội dung định luật: Hiện tượng cảm ứng điện từ sinh ra suất điện động cảm ứng. Suất điện động cảm ứng luôn với giá trị bằng về trị số, nhưng trái dấu với tốc độ biến thiên của từ thông đi qua dung tích của mạch điện.

Định luật Faraday

Định luật cảm ứng Faraday được nhà vật lý học người Anh Michael Faraday khám phá ra vào năm 1981. Đây là một định luật cơ bản trong điện từ.

Nội dung định luật:

Định luật Faraday là định luật cơ bản trong điện từ, nó cho biết từ trường tương tác với một mạch điện để tạo ra sức điện động (EMF) – hiện tượng cảm ứng điện từ. Đây là nguyên lý hoạt động cơ bản của những loại động cơ điện, máy biến áp, nam châm điện cuộn cảm và máy phát điện.

Thí nghiệm: Năm 1981, Michael Faraday thực hiện một thí nghiệm như sau: lấy một cuộn dây và mắc tiếp nối nó với một điện kế G thành một mạch kín. Phía trên ống dây đặt một thanh nam châm với 2 cực Bắc và Nam.

hien tuong cam ung dien tu 2

Kết luận:

  • Từ thông lúc đi qua mạch kín biến thiên theo thời kì là nguyên nhân chính sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch đó
  • Dòng điện cảm ứng chỉ tồn tại trong thời kì từ thông gửi qua mạch kín biến thiên
  • Cường độ dòng điện cảm ứng và tốc độ biến đổi của từ thông với tỉ lệ thuận với nhau
  • Sự tăng hoặc giảm của từ thông sẽ thúc đẩy tới chiều của dòng điện cảm ứng

Định luật Lenz

Nội dung định luật: Chiều của dòng điện cảm ứng trong dây dẫn sinh ra bởi sự biến thiên của từ trường luôn tuân theo định luật Faraday sẽ tạo ra một từ trường chống lại sự biến thiên của từ thông đã sinh ra nó. Định luật Lenz được thể hiện bởi dấu âm trong định luật Faraday. Ta với công thức:

e = – ΔΦ/ Δt

Trong đó:

  • e: là cảm ứng điện từ
  • ΔΦ: là biến thiên của từ thông
  • Δt: khoảng thời kì từ trường giảm đều tới 0

Ứng dụng hiện tượng cảm ứng điện từ trong thực tế

Trong y khoa

Ngày nay những thiết bị y tế tiên tiến được nghiên cứu phát triển, đi vào hoạt động với sự góp mặt ko nhỏ của trường điện. Đặc thù là phương pháp điều trị tăng thân nhiệt cho những bệnh ung thư hay cấy ghép hoặc phương pháp chụp cùng hưởng từ (MRI).

Trong công nghiệp

Trong công nghiệp người ta cũng ứng dụng hiện tượng cảm ứng điện từ cho máy phát điện và tàu đệm từ.

Máy phát điện

Máy phát điện là một sản phẩm ko thể thiếu trong khu công nghiệp để đảm bảo dây chuyền máy móc được hoạt động liên tục lúc với sự cố mất điện. Máy sử dụng năng lượng cơ học để tạo ra điện. Bản tính của nó chính là một cuộn dây trong từ trường. Nguyên lý hoạt động rất đơn thuần, lúc cuộn dây điện được quay trong từ trường với tốc độ ko đổi sẽ tạo ra dòng điện xoay chiều. Ngoài ra, với thể sử dụng cảm ứng điện từ giữ cho cuộn dây đứng yên và quay nam châm vĩnh cửu xung quanh cuộn dây.

hien tuong cam ung dien tu 7

Xe điện từ

Hiện tượng cảm ứng điện từ cũng được sử dụng vào hệ thống liên lạc và được xem là một trong những kỹ thuật tiên tiến. Cơ chế hoạt động của tàu đệm từ về bản tính là việc sử dụng nam châm điện mạnh để tăng tốc độ của tàu. Ngày nay, ta thấy ở Nhật Bản với rất nhiều đoàn tàu ứng dụng hiện tượng cảm ứng điện này.

hien tuong cam ung dien tu 3

Trong đời sống hàng ngày

Hiện tượng cảm ứng điện từ được vận dụng rộng rãi trong cuộc sống hàng ngày. Đặc thù là trong những thiết bị gia dụng như quạt máy, bóng đèn, quạt máy,….

Quạt máy

Với những thiết bị điện sử dụng động cơ điện như quạt máy hay hệ thống làm mát nói chung đều với bản tính hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Với bất kỳ thiết bị điện nào, động cơ điện đều hoạt động do từ trường được tạo ra bởi dòng điện theo nguyên lý lực Len – xơ.

hien tuong cam ung dien tu 5

Bếp từ

Bếp từ được cấu tạo từ một cuộn dây đồng đặt dưới một vật liệu cách nhiệt (thường với mặt bếp bằng gốm hoặc thủy tinh), và một dòng điện xoay chiều sẽ đi qua cuộn dây đồng này. Sử dụng dòng điện cảm ứng trực tiếp để làm nóng dụng cụ nấu bếp. Lúc đó, nhiệt độ với thể tăng lên rất nhanh để làm nóng nồi và thức ăn bên trong.

hien tuong cam ung dien tu 6

Đèn huỳnh quang quẻ

Hệ thống chiếu sáng sử dụng hiện tượng cảm ứng điện từ phổ quát là hệ thống chiếu sáng bằng đèn huỳnh quang quẻ. Cơ chế hoạt động của đèn huỳnh quang quẻ là chấn lưu được sử dụng dựa trên nguyên lý điện từ. Tại thời khắc bạn bật đèn, nó đã tạo ra một điện áp cao trên 2 đầu đèn. Lúc đó dòng điện đi qua đèn sẽ tạo thành ion giúp tác động lên bột huỳnh quang quẻ làm đèn tỏa sáng.

hien tuong cam ung dien tu 4

Một số dạng bài tập về hiện tượng cảm ứng điện từ

Dạng 1: Xác định chiều của dòng điện cảm ứng trong khung dây

Ví dụ: lúc đặt một thanh nam châm thẳng ở sắp một khung dây kín ABCD. Bạn hãy xác định chiều của dòng điện cảm ứng đã xuất hiện trong khung dây lúc đưa nam châm lại sắp khung dây.

Cách giải: Lúc đưa nam châm lại sắp khung dây, từ thông qua khung dây tăng, dòng điện cảm ứng sẽ xuất hiện trong khung dây tạo ra từ trường cảm ứng ngược chiều với từ trường bên ngoài (để chống lại sự tăng của từ thông qua khung dây) nên dòng điện cảm ứng chạy trên cạnh AB theo chiều từ B tới A. Ta xác định được chiều dòng điện cảm ứng dựa trên quy tắc nắm tay phải.

Dạng 2: Lúc từ thông qua một khung dây kín

Ví dụ: Một khung dây hình vuông cạnh 5 cm đặt trong từ trường đều với cảm ứng từ B = 8.10-4 T. Từ thông đi qua hình vuông đó với giá trị bằng 10-6 Wb. Tính góc hợp giữa véc tơ cảm ứng từ và vectơ pháp tuyến của hình vuông đó.

Cách giải:

Ta vận dụng công thức:

Φ = BScosα

cos α = Φ/ BS = 10-6/[8.10-4.( 5. 10-2)2] = 1/2

=> α = 60°

Dạng 3: Suất điện động trong khung dây

Ví dụ: Một khung dây phẳng với dung tích 20 cm2, gồm 10 vòng được đặt trong từ trường đều. Véc tơ cảm ứng từ tạo thành với mặt phẳng khung dây một góc 30° và với độ to bằng 2.10-4 T. Người ta làm cho từ trường biến thiên giảm đều tới 0 trong thời kì 0,01s. Tính suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây trong thời kì biến thiên trên.

Cách giải:

Vận dụng công thức ta với:

ec = – ΔΦ/ Δt = – [(0 – NBScos α)/ Δt] = 2.10-4 (V)

Trên đây là những nội dung chính của hiện tượng cảm ứng điện từ. Hy vọng với phần lý thuyết và bài tập trên đã giúp bạn hiểu rõ được hiện tượng này.